裂解氣壓縮機(jī)無法高負(fù)荷運(yùn)行原因分析及對(duì)策探究

龔春雷，李輝源

（中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司，甘肅 蘭州 730060）

1 裝置概況及現(xiàn)狀

某石化公司乙烯裝置建有4臺(tái)裂解爐，年產(chǎn)乙烯量為16萬t。裂解氣壓縮機(jī)于2016年完成改造，機(jī)組采用沈陽鼓風(fēng)機(jī)2MCL706+2MCL608壓縮機(jī)，杭州汽輪機(jī)型號(hào)為EHNK40/45/60的蒸汽輪機(jī)。改造后運(yùn)行初期進(jìn)行標(biāo)定，裝置負(fù)荷可以達(dá)到75t/h，壓縮機(jī)送出氣量可以達(dá)到70t/h。2017年年底開始，壓縮機(jī)負(fù)荷逐步降低，壓縮機(jī)無法達(dá)到高負(fù)荷運(yùn)行，裝置裂解爐負(fù)荷基本維持在不足70t/h的投油量，而壓縮機(jī)透平高、低壓閥基本全開，完全沒有調(diào)整余量，壓縮機(jī)運(yùn)行負(fù)荷無法提高，裝置只能維持低負(fù)荷生產(chǎn)。

2 原因分析

裂解氣壓縮機(jī)無法高負(fù)荷運(yùn)行最直接的原因：一是壓縮機(jī)結(jié)焦嚴(yán)重，流道、葉輪堵塞造成裂解氣通過性差，造成壓縮機(jī)負(fù)荷變低；二是透平通流部分結(jié)垢，蒸汽流通量減少，造成汽輪機(jī)動(dòng)力不足，導(dǎo)致壓縮機(jī)無法高負(fù)荷運(yùn)行；三是透平內(nèi)件損壞，內(nèi)耗增加，效率降低，導(dǎo)致壓縮機(jī)無法高負(fù)荷運(yùn)行；四是汽輪機(jī)蒸汽供氣量不足，在乙烯裝置表現(xiàn)為裂解爐高壓蒸汽量發(fā)生量不足，造成汽輪機(jī)動(dòng)力不足無法高負(fù)荷運(yùn)行。

2.1 壓縮機(jī)內(nèi)部結(jié)焦可能性分析

（1）從日常操作來看，壓縮機(jī)注水能夠正常注入，壓縮各段溫度均控制在92℃以內(nèi)，壓縮機(jī)阻聚劑也正常注入，按照以往機(jī)組檢修經(jīng)驗(yàn)，可以控制壓縮機(jī)的結(jié)焦速率。

（2）通過S8000在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，查詢汽輪機(jī)軸振動(dòng)、軸位移，壓縮機(jī)軸振動(dòng)、軸位移，均在正常范圍內(nèi)沒有發(fā)生明顯的變化。

（3）從壓縮機(jī)運(yùn)行工藝參數(shù)來看，壓縮機(jī)各段壓力均正常，各段間壓力沒有超壓的現(xiàn)象，壓縮機(jī)送出量正常。

因此，從壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)可以排除壓縮機(jī)內(nèi)部結(jié)焦的問題。

2.2 透平內(nèi)部結(jié)垢可能性分析

（1）輪式壓力分析，透平結(jié)垢可以從透平輪室壓力做出初步判斷，ΔP=（P-P0）/P0，其中P為運(yùn)行后期輪室壓力，P0為初始的輪室壓力。當(dāng)ΔP>10%，認(rèn)定為汽輪機(jī)內(nèi)部結(jié)垢，需及時(shí)進(jìn)行清理。2016年改造后開車的輪室壓力為5.6MPa，從2018年年初透平輪室壓力基本在5.7MPa左右。輪室壓力相對(duì)增加值沒有超過初始值的10%，從輪室壓力初步判斷透平?jīng)]有結(jié)垢。

（2）透平水質(zhì)分析，首先，透平結(jié)垢主要組成為SiO2，結(jié)垢的必要條件是水中SiO2超標(biāo)，從鍋爐水出口水質(zhì)分析數(shù)據(jù)和透平凝液分析數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，鍋爐爐水和透平凝液中SiO2含量均在指標(biāo)范圍內(nèi)，沒有異常情況。

（3）濕蒸汽吹掃驗(yàn)證，為了排除水質(zhì)分析和輪室壓力的誤判，利用裝置裂解爐燒焦壓縮機(jī)低負(fù)荷的機(jī)會(huì)，對(duì)蒸汽透平進(jìn)行濕蒸汽吹掃，并間隔記錄透平凝液中SiO2的含量，濕蒸汽吹掃過程中SiO2的含量基本沒有發(fā)生變化。因此，判定汽輪機(jī)內(nèi)部并沒有結(jié)垢。

由以上分析可以確定透平蒸汽流通通道不存在結(jié)垢的問題。

2.3 透平內(nèi)件損壞可能性分析

透平內(nèi)件損壞，內(nèi)耗增加，會(huì)造成動(dòng)力不足。從透平結(jié)構(gòu)分析，透平噴嘴的沖刷損傷會(huì)造成透平內(nèi)耗的增加；內(nèi)氣封的損傷，密封性能下降，也會(huì)造成透平功耗的增加。排除其他內(nèi)部原因后，可以判定汽輪機(jī)內(nèi)件損壞造成了裂解氣壓縮機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行。在多年的汽輪機(jī)檢修中，內(nèi)氣封損壞問題情況比較常見，其影響程度也不會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)耗氣量大幅升高。在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，由于蒸汽品質(zhì)不良使噴嘴金屬腐蝕和結(jié)垢，會(huì)嚴(yán)重影響汽輪機(jī)效率，大幅度增加蒸汽的耗量，造成壓縮機(jī)無法高負(fù)荷運(yùn)行。

2.4 對(duì)裂解爐高壓蒸汽發(fā)生量進(jìn)行分析

裂解氣壓縮機(jī)所用高壓蒸汽由裝置裂解爐產(chǎn)出，蒸汽發(fā)生量與爐子負(fù)荷密切相關(guān)。透平設(shè)計(jì)工況：當(dāng)壓縮機(jī)進(jìn)蒸汽量為75t/h，高壓蒸汽溫度500℃，壓力為10.1MPa，轉(zhuǎn)速7104r/min，抽氣量50t/h，功率達(dá)到正常功率8997kW。從各爐蒸汽發(fā)生量來看（見表1），四臺(tái)裂解爐全部投油時(shí)，高壓蒸汽的發(fā)生量能夠達(dá)到75t/h以上，溫度在494℃以上，高壓蒸汽壓力高于10.1MPa。由此可見，蒸汽發(fā)生量理論上是富裕的。

表1 2019年4月蒸汽相關(guān)數(shù)據(jù)表

但是，裝置實(shí)際運(yùn)行時(shí)隨著負(fù)荷的提高，汽輪機(jī)高壓蒸汽進(jìn)氣壓力會(huì)逐步下降，轉(zhuǎn)速無法提高，最終無法滿足機(jī)組運(yùn)行要求，從而又需要降低負(fù)荷維持運(yùn)行。該操作問題表現(xiàn)出高壓蒸汽量隨著負(fù)荷的升高無法再繼續(xù)提高，裂解爐有產(chǎn)氣不足的現(xiàn)象，透平蒸汽量在邊界量運(yùn)行。因此，產(chǎn)氣量不富裕是壓縮機(jī)效率降低后不能高負(fù)荷運(yùn)行的外部原因。

3 檢修驗(yàn)證及對(duì)策

3.1 汽輪機(jī)

2019年大檢修打開汽輪機(jī)和壓縮機(jī)時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)（見圖1），部分噴嘴有明顯的沖蝕現(xiàn)象，部分噴嘴損傷超過15mm，隔板及噴嘴表面有明顯水痕并附著有白色物質(zhì)。由于噴嘴的沖刷損壞，氣流偏流導(dǎo)致氣室及內(nèi)氣封被沖刷，透平各級(jí)內(nèi)氣封多處損壞。壓縮機(jī)高壓缸內(nèi)部相對(duì)比較干凈，阻聚效果良好，能充分說明我們之前的判斷，汽輪機(jī)噴嘴的損傷造成裂解氣壓縮機(jī)無法高負(fù)荷運(yùn)行的論點(diǎn)是正確的。

圖1 汽輪機(jī)噴嘴損傷情況

汽輪機(jī)噴嘴損傷的原因通常有以下幾種：機(jī)械損傷、水擊損傷、腐蝕和銹蝕損傷、運(yùn)行管理不當(dāng)。從裝置的運(yùn)行情況分析，首先，在近一年蒸汽溫度有過較大波動(dòng)，單爐高壓蒸汽溫度曾接近于飽和溫度314℃，高壓蒸汽總管溫度也因此被拉低，在噴嘴處不飽和蒸汽可以對(duì)噴嘴外緣形成沖刷破壞。其次，蒸汽PH值控制較高，爐水中的PH值過高，會(huì)造成游離NAOH過多，容易引起堿性脆裂。

因此，為保障壓縮機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行應(yīng)該對(duì)驅(qū)動(dòng)蒸汽品質(zhì)進(jìn)行管控。第一，控制蒸汽溫度。嚴(yán)格監(jiān)視主蒸汽溫度，當(dāng)裂解爐單爐高壓蒸汽溫度低于飽和溫度314℃，需將高壓蒸汽切除管網(wǎng)，以免不飽和的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)造成內(nèi)件損傷。第二，控制PH值符合指標(biāo)，細(xì)致調(diào)節(jié)助劑的注入濃度和注入量受控，保證高壓蒸汽PH在指標(biāo)范圍內(nèi)。

3.2 裂解爐

裂解爐產(chǎn)汽量受原料品質(zhì)、投料負(fù)荷、裂解爐熱效率等因素影響，其中SLE的換熱效果對(duì)裂解爐產(chǎn)汽率起到了關(guān)鍵作用。本案四臺(tái)裂解爐SLE使用周期較長，而且四臺(tái)裂解爐SLE均出現(xiàn)失效堵管的現(xiàn)象，某一單臺(tái)裂解爐堵管率超過10%（總80組SLE，堵管10組），從而導(dǎo)致高壓蒸汽產(chǎn)出量不足。其次，裂解爐對(duì)流段預(yù)熱盤管目的之一是對(duì)鍋爐給水進(jìn)行預(yù)熱，因此，對(duì)流段換熱效果也會(huì)影響SLE發(fā)生超高壓蒸汽的產(chǎn)量。裝置裂解爐未設(shè)置對(duì)流段吹灰器，在歷次檢修中對(duì)流段積灰比較嚴(yán)重，也會(huì)對(duì)高壓蒸汽的產(chǎn)量產(chǎn)生影響。

因此，為提高產(chǎn)氣量我們做了以下調(diào)整措施：第一，優(yōu)化裂解爐燒焦方案，將高溫?zé)箷r(shí)間延長，對(duì)急冷器內(nèi)管進(jìn)行有效燒焦，提高了急冷器換熱效果，增加了蒸汽發(fā)生量。第二，定期對(duì)裂解爐對(duì)流段盤管進(jìn)行化學(xué)清洗，增強(qiáng)對(duì)流段換熱效果，提高了裂解爐的熱效率。

4 結(jié)語

本文通過汽輪機(jī)噴嘴組進(jìn)行更換、內(nèi)氣封修復(fù)、急冷器SLE更新、對(duì)流段化學(xué)清洗等措施實(shí)施后，裂解爐高壓蒸汽發(fā)生量得到了大大的提高，透平的效率也得到了提升，開車后負(fù)荷穩(wěn)定在74t/h，較之前增加6t/h，當(dāng)裂解爐在負(fù)荷在76t/h標(biāo)定時(shí)，透平高壓閥開度在93%，低壓閥開度為50%左右，高、低壓閥仍然有調(diào)整的空間，壓縮機(jī)整體效率明顯提高。今后為了長期保持壓縮機(jī)高效運(yùn)行，還需對(duì)機(jī)組進(jìn)行嚴(yán)格管控。